Spole ved DC

Som spole forstås en ledning, der er snoet sammen. Enten viklet omkring en fast kerne eller med en hul kerne.

Spoler er i stand til at danne eller opfange magnetfelter. Denne funktion anvendes i bl.a. højtalere, transformatorer og relæer. Ydermere er spoler selvinduktive hvilket giver dem den egenskab, at de kan lagre en energi i form af et magnetfelt, og så afgive energien igen med en høj spændingsudladning.

Grundlæggende Love

For at forstå spolens egenskaber er man nød til først at kigge på to vigtige love fra elektromagnetismen.

Faraday

Hvis en magnet bevæges i en spole, induceres der en spænding over spolen. Denne spænding ville kunne få en strøm til at løbe i et tilsluttet kredsløb. Denne spænding er direkte proportional med frekvensen af ændringen af det magnetiske felt i spolen.

Lenz

En spoles selvinducerede spænding vil altid have en sådan polaritet, at den modvirker strømændringer.

Selvinduktion

1. Der er en konstant strøm over kredsløbet. Derfor er der et konstant magnetfelt om spolen.
2. Kontakten lukkes og strømmen stiger. Spolen vil prøve på at modarbejde den strømstigning ved at selvinducere en spænding i modsatte retning af batteriets. Herved forøges spolens magnetfelt. På et tidspunkt vil magnetfeltet voksen stagnere og igennem kredsløbet vil begynde at stige.
3. Magnetfeltet og strømmen er igen konstant. Nu åbnes kontakten.
4. Strømmen igennem kredsløbet vil falde, men spolen vil modarbejde dette ved igen at selvinducere en spænding. Denne gang i samme retning som batteriet. Altså understøttende. Herved vil spolens magnetfelt gradvist aftage i styrke. Dette vil ske hurtigt i starten og langsomt stagnere. Når aftagningen begynder at stagnere vil strømmen også falde, da spolen ikke kan opretholde sin egen spænding.
5. Der er igen et konstant magnetfelt om spolen og en konstant strøm igennem kredsløbet. På samme niveau som i punkt 1. På billedet kan strømmens stigning og aftagen ses som funktion af tiden.

Konstanten Tau

Spændingsstigningen over spolen vil som fortalt i ovenstående afsnit stagner, samtidig med at strømmen igennem spolen og kredsløbet vil stige. τ (tau) er den tid det tager for spolen at inducere en spændingsstigning på 63,2 % af den samlede spændingsstigning. Det samme gælder for aftagning af spændingen. Hvis der fx er en ΔU over spolen på 10V i løbet af processen beskrevet under selvinduktion, så vil spændingen over spolen være steget med 6,32V efter τ. Dette kan nemt illustreres med følgende graf (ses til venstre)

Tiden Tau kan udregnes med følgende formel: t=L/R. Vær opmærksom på at det som sagt tager 5Tau før strømmen er helt oppe (99%).

Sikkerhed

Transistor som kontakt

Der hvor man anvender en spole til at trække noget med DC, bør altid sættes en diode i spærreretning parallelt til spolen, hvis denne sidder i kredsløb med andre komponenter, som fx i kredsløb med et relæ der trækkes af DC.

Hvis strømmen afbrydes af fx en transistor, vil spolen forsøge at opretholde strømmen igennem sig, ved at lade spændingen over sig stige. Denne spænding kan nå højder, der uden problemer kan slå andre komponenter i kredsløbet ihjel.

Ved at have en diode i spærreretning koblet parallelt til spolen, vil dette kunne forhindres, da det kun tager ca. 0,6 V at åbne dioden, og der derfor vil blive dannet et kredsløb mellem spole og diode. Dioden vil opvarmes og derved aflade spolen.